近日，物理海洋教育部重点实验室在国际权威学术期刊National Science Review（《国家科学评论》）上发表了题为“Net Global Enhancement of Surface Chlorophyll by Oceanic Fine-scale Eddies”（《海洋亚中尺度涡旋对全球表层叶绿素的净增强效应》）的最新研究成果。该研究依托SWOT卫星实现全球海洋亚中尺度涡旋的系统观测，证实了这类小尺度涡旋能够对全球表层叶绿素浓度产生稳定的净正贡献，填补了长期以来亚中尺度涡旋全球生态效应观测研究的空白。成果由实验室/未来海洋学院/海洋与大气学院在读博士研究生韩忠宇为第一作者，张正光教授为通讯作者，联合中国海洋大学、美国夏威夷大学、华盛顿大学、天津大学等单位学者共同合作完成。

　　海洋涡旋是海洋中热量、营养盐等物质输运的核心驱动因子。其中，亚中尺度涡旋，尽管早在上世纪70年代就被现场观测所发现，但由于其时空尺度小的特性与观测分辨率的瓶颈，始终未能开展全球范围的研究，其对全球海表叶绿素分布的调控作用仍未可知。2022年发射的SWOT卫星凭借公里级的高空间分辨率，为全球亚中尺度涡旋的研究提供了前所未有的观测契机。

　　研究团队将SWOT高度计与海洋水色卫星、表面漂流浮标等多源数据集相结合，在全球范围内识别并统计了亚中尺度涡旋的空间分布与动力学特征。研究发现，亚中尺度涡旋的数量比传统高度计观测到的中尺度涡旋高出约一个数量级。与中尺度涡旋不同，亚中尺度涡旋的极性呈现出显著的振幅不对称性：全球平均来看，气旋式亚中尺度涡旋的振幅比反气旋式涡旋高出约10%，这一差异源于亚中尺度涡旋显著的非地转动力学特性。

　　进一步研究表明，亚中尺度涡旋能显著调控海表叶绿素：气旋式涡旋的对应叶绿素浓度升高，反气旋式涡旋对应叶绿素浓度降低，与中尺度涡旋的响应趋势一致。但与中尺度涡正负异常幅度相当、整体能够相互抵消的特征不同的是，亚中尺度涡旋引发的叶绿素异常呈现强烈的不对称性：气旋涡造成的正异常幅度，约是反气旋涡负异常幅度的两倍，二者无法相互抵消，最终在全球范围内形成了稳定的海表叶绿素净正贡献。统计平均意义下，亚中尺度涡旋核心处的海表叶绿素浓度，平均可比周边海水高出约5%。为理解海洋亚中尺度涡旋的生物地球化学与生态效应奠定了观测基础。

　　研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金项目共同资助。

亚中尺度涡旋叶绿素不对称响应机制示意图与实际观测对比。机制示意图：亚中尺度涡旋对海表叶绿素的调控源于水平运动与垂直运动的共同作用，左列为亚中尺度气旋涡，右列为亚中尺度反气旋涡。其中，水平搅拌与水体携带过程仅对表层叶绿素进行空间再分配，在气旋与反气旋涡旋中产生符号相反、幅度相当的叶绿素异常，不产生净贡献；而亚中尺度涡旋的非地转特性能使涡旋内部产生显著的垂直运动。由于叶绿素对垂直运动的响应呈非线性特征，上升流输入营养盐后浮游植物增长迅速，而下降流导致的叶绿素衰减速率相对缓慢，使得垂直运动在两类涡旋中均产生正向贡献，两种效果叠加后，形成了观测到的不对称叶绿素响应。卫星观测：基于遥感观测得到了两类涡旋的叶绿素异常合成结果，以及全球净效果的观测图。

文章引用：

HAN Z. -Y., B. Qiu, S. Travis, Z. -W. Zhang, R. Chen, H. -R. Liu, H. -L. Wang, and Z. -G. Zhang*, 2026:Net Global Enhancement of Surface Chlorophyll by Oceanic Fine-scale Eddies, National Science Review, nwag649, https://doi.org/10.1093/nsr/nwag649